于国度天然科学基金、国度重点研发规划等项目资助下，松山湖质料试验室/中国科学院东莞质料科学与技能研究所研究员马秀良、朱银莲团队与中国科学院金属研究所研究员唐云龙团队互助，于经典反铁电质料——锆酸铅薄膜研究方面取患上主要进展。近日，相干结果于线发表在《天然-通信》。
该研究发明，电极化拓扑布局与晶体中的一维布局拓扑缺陷（位错）之间存于强彼此作用。借助超高分辩电子显微学成像、谱学研究和相场模仿，研究职员不雅察到，作为经典一维拓扑线缺陷的“位错”，其周围孕育发生的应变场可以或许于超薄锆酸铅薄膜中自觉引诱出一种有序摆列的极性“反刺猬畴”四方晶格。这是一种此前未见报导的全新电极化拓扑布局。
反铁电质料因其于介电储能、电致应变等范畴的广漠运用远景而备受存眷。于这种质料中，相邻晶胞的电偶极矩于基态下呈反平行摆列，使电偶极矩于单胞标准上彼此抵消，质料总体不体现宏不雅极化。比拟之下，于铁电质料研究中，经由过程应变及界面调控等手腕，科学家已经乐成引诱电偶极矩发生持续扭转，构建出多种新型极化拓扑布局——相干团队此前已经于铁电质料中取患上一系列冲破，包括发明极化通量闭合畴、极化麦韧晶格等。然而，对于在反铁电质料，其内部存于巨年夜的能量壁垒，可否引诱出近似的极化持续扭转、进而构建新型极化拓扑布局，始终是悬而未决的难题。
面临这一瓶颈，研究团队另辟蹊径，从“缺陷工程”入手，摸索晶体中经典一维拓扑缺陷——“位错”对于极化的潜于调控能力。经由过程原子标准透射电子显微阐发，他们发明锆酸铅薄膜界面处的位错焦点可以或许有用钉扎并会聚电极化矢量。位错阵列引入的周期性非匀称应变场，充任了调控电偶极矩排布的“模具”，迫使原本反平行的极化发生持续扭转及重构。终极，一种高度有序且史无前例的极化“反刺猬畴”四方晶格于应变场引诱下自觉形成。这一发明初次于反铁电质料中实现了极化拓扑布局的可控修筑，为拓扑缺陷工程调控质料功效提供了全新范式。
为展现这一奇异征象的物理素质，研究团队联合相场模仿开展了深切的机制阐发。成果注解，电致伸缩效应与挠曲电效应的协同耦合是驱动极化拓扑重构的要害。详细而言，位错周围巨年夜的应变与应变梯度经由过程两种效应孕育发生强局域有用电场：电致伸缩效应实现应变与电极化的直接耦合，挠曲电效应将应变梯度转化为等效电场，两者配合作用，打破了反铁电质料固有的反平行极化束厄局促，驱动电偶极矩发生持续扭转及重排，终极不变形成周期性的“反刺猬畴”四方晶格。
该研究初次于反铁电质料中证明了极性拓扑布局与晶体布局拓扑缺陷之间的强彼此作用，将位错从传统的布局缺陷从头定位为调控电极化拓扑态的有用东西。这一冲破不仅于反铁电体中成立了缺陷工程驱动的极化拓扑布局设计新范式，也拓展了人们对于反铁电质料凝结态物理举动的认知界限，从要领论上启迪了经由过程拓扑缺陷耦合摸索新颖量子序的可行路径。
该发明为开发基在（反）铁电质料的高密度非易掉性存储、超低功耗新型逻辑单位和多功效传感器件提供了全新的设计思绪与质料平台，有望鞭策下一代低功耗电子学和集成体系的成长。
相干论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-026-70515-y
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